Анализ влияния характеристик вихревых горелок на топочный процесс в котле Е-160-9,8-540ГМ

Ахмад Салех; Александр Парамонов

doi:10.34031/ES.2026.2.01

Авторы

Салех Ахмад Юсеф Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (Политех) https://orcid.org/0009-0005-1649-621X
Парамонов Александр Павлович Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (Политех)

DOI:

https://doi.org/10.34031/ES.2026.2.01

Ключевые слова:

вихревая горелка, газоподводящие трубки, CFD, горение, природный газ

Аннотация

В работе представлены результаты численного моделирования процесса горения газообразного топлива при различных конфигурациях газораздающего устройства вихревых горелок ГМВА2-20 парового котла Е-160-9,8-540ГМ. Моделирование процессов в топочной камере реализовано в трехмерной постановке методами вычислительной гидродинамики (CFD) с учетом взаимосвязанных процессов турбулентного течения, радиационно-конвективного теплообмена и химической кинетики. Смоделировано семь конфигураций газораздающего устройства с различными углами установки газоподводящих трубок (β) в диапазоне от –15° до 45°. Для исследуемых вариантов выполнен анализ температурного поля, структуры течения перед горелками, состава продуктов сгорания и концентраций основных загрязняющих веществ на выходе из топочной камеры. Установлено, что установка газоподводящих трубок под углом 0° способствует формированию устойчивых и мощных внутренних зон рециркуляци перед горелками. Эта конфигурация снижает выбросы оксидов азота (NO_x) на выходе из топочной камеры до 72,6 мг/м³ или на 22,6% по сравнению с базовой конфигурацией с углом установки газоподводящих трубок β = 30°. Кроме того, эта конфигурация обеспечивает более полное сгорание, о чем свидетельствует минимальное значение объемной доли оксида углерода ( ) в уходящих газах среди всех исследованных конфигураций. Таким образом, предложенный вариант (β =0°) существенно улучшает экологические и экономические показатели котла по сравнению с базовым вариантом.

Библиографические ссылки

[ГОСТ Р 7.0.5-2008]

1. CFD-based Parametric Study of Swirl Effects on Combustion in Industrial Natural Gas Combustor / U. Allauddin, N. Uddin, H. R. Ansari et al. // Journal of Engineering Thermophysics. – 2021. – Vol. 30, № 1. – P. 75-102.
DOI: https://doi.org/10.1134/S1810232821010082.

2. The Effect of Changing Exhaust Nozzle Geometry on Temperature Distribution and Emissions of Methane Diffusion Flame Under Air/Fuel Swirl Flows / S. Al Hamdani, A. Al-Janabi, S. Al-Obidani et al. // Energies. – 2026. – Vol 19, № 8. – P. 1889.
DOI: https://doi.org/10.3390/EN19081889.

3. Improving combustion and lowering NOx emissions of an industrial coal swirl burner by optimizing its nozzle structure / X. Su, Q. Fang, L. Ma et al. // Applied Thermal Engineering. – 2023. – Vol. 218. – P. 119340.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119340

4. Liu Z., Chen C., Li Z. Study of gas/particle flow and low-load combustion stability of an improved swirl burner in a 350 MW Zhundong coal-fired boiler under different loads // Applied Thermal Engineering. – 2026. – Vol. 298. – P. 131059.
DOI: https://doi.org/10.1016/J.APPLTHERMALENG.2026.131059.

5. Influence of jet angle on diffusion combustion characteristics and NOx emissions in a self-reflux burner / Q. Xu, M. Shen, K. Shi et al. // Case Studies in Thermal Engineering. – 2021. – Vol. 25. – P. 100953.
DOI: https://doi.org/10.1016/J.CSITE.2021.100953.

6. Численное исследование топочных процессов при сжигании непроектных углей в котле производительностью 220 т/ч / К.И. Мальцев, А.В. Гиль, А.С. Заворин, Д.В. Лебедь // Теплоэнергетика. – 2022. № 12. С. 73–83.
EDN: OFCKRZ (https://elibrary.ru/ofckrz).
DOI: https://doi.org/10.56304/S0040363622110042
Переводная версия:
Numerical study of furnace processes during combustion of off-design coals in a 220 t/h boiler / K.I. Mal'tsev, A.V. Gil', A.S. Zavorin, D.V. Lebed' // Thermal Engineering. – 2022. – Vol. 69, № 12. – P. 971-980.
EDN: VTMIAZ (https://elibrary.ru/vtmiaz).
DOI: https://doi.org/10.1134/s0040601522110040

7. Ansys Fluent 2023 R1 Theory Guide. – Canonsburg: ANSYS, Inc., 2023. – 1066 p.

8. The impact of turbulence and combustion models on flames and emissions in a low swirl burner / M. S. Cellek, A. Pınarbaşı, G. Coskun, U. Demir // Fuel. –2023. – Vol. 343. – P. 127905.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.127905.

[References, APA (7th ed.)]

1. Allauddin, U., Uddin, N., Ansari, H. R., Ahmed, S. S., Anjum, A., Siddique, H. A., Ahmed, M. Y., Khan, A. A., Khan, S. S., & M.Salman (2021). CFD-based Parametric Study of Swirl Effects on Combustion in Industrial Natural Gas Combustor. Journal of Engineering Thermophysics, 30(1), 75-102. https://doi.org/10.1134/S1810232821010082

2. Al Hamdani, S., Al-Janabi, A., Al-Obidani, S., Al-Hinaai, A., & Elwardany, A. (2026).The Effect of Changing Exhaust Nozzle Geometry on Temperature Distribution and Emissions of Methane Diffusion Flame Under Air/Fuel Swirl Flows. Energies, 19(8), 1889. https://doi.org/10.3390/EN19081889

3. Su, X., Fang, Q., Ma, L., Yao, B., Li, Y., Zhao, X., Mao, R., & Yin, C. (2023). Improving combustion and lowering NOx emissions of an industrial coal swirl burner by optimizing its nozzle structure. Applied Thermal Engineering, 218, 119340. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119340

4. Liu, Z., Chen, C., & Li, Z. (2026). Study of gas/particle flow and low-load combustion stability of an improved swirl burner in a 350 MW Zhundong coal-fired boiler under different loads. Applied Thermal Engineering, 298, 131059. https://doi.org/10.1016/J.APPLTHERMALENG.2026.131059

5. Xu, Q., Shen, M., Shi, K., Liu, Z., Feng, J., Xiong, Y., Liu, L., Wang, J., Han, J., Tang, Z., & Du, Y. (2021). Influence of jet angle on diffusion combustion characteristics and NOx emissions in a self-reflux burner. Case Studies in Thermal Engineering, 25, 100953. https://doi.org/10.1016/J.CSITE.2021.100953

6. Mal'tsev, K. I., Gil', A. V., Zavorin, A. S., & Lebed', D. V. (2022). Numerical study of furnace processes during combustion of off-design coals in a 220 t/h boiler. Thermal Engineering, 69(12), 971-980. https://doi.org/10.1134/s0040601522110040

7. ANSYS, Inc. (2023). Ansys Fluent 2023 R1 Theory Guide. ANSYS, Inc.

8. Cellek, M. S., Pınarbaşı, A., Coskun, G., & Demir U. (2023). The impact of turbulence and combustion models on flames and emissions in a low swirl burner. Fuel, 343, 127905. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.127905